巨霖科技高速信号仿真平台SIDesigner支持DFQ功能

DFQ简介

DFQ是Design for Quality的缩写，即面向质量设计。该理念可以在设计阶段尽早发现和解决影响产品质量的潜在问题，降低产品开发成本和提高开发效率，为产品投产保驾护航。

SIDesigner支持DFQ功能

巨霖科技的高速信号仿真平台SIDesigner内嵌了DFQ插件工具，基于图形化交互界面为用户提供：

· 高效DOE实验设计

· 基于集群技术或本地并行仿真

· 通过拟合建立可预测模型

· 强大的数据后处理分析能力

DFQ可以为用户带来：

· 在硬件设计阶段，预测信号完整性问题（如反射、串扰、损耗），避免后期昂贵的修改成本

· 明确设计约束规范，比如阻抗控制、布线规则、端接策略等

· 降低物理样机迭代设计成本，缩短开发周期

· 确保设计健壮性

DFQ可以让用户更快发现更出色的设计，它能提高实验效率，建立可预测模型、深入分析和洞察数据结果，探索更好的设计方案。

DOE实验设计

DOE（Design of Experiments）是一种实验设计方法，用于探索和验证输入因子变量对输出结果的影响。

DOE发展历程上有几个重要里程碑：

1920年，DOE实验设计技术最早由英国统计学大师费歇尔（R.A.Fisher)所创立，首先将其应用在农业试验，目的为提高农业产量。

1947年印度的劳博士（Rao,D,R）发明并建议使用正交表规划具有数个参数的实验计划。

英国统计学家乔治·博克斯（George Box）发展了响应曲面方法（RSM），使得DOE应用步入一个黄金时代。

二战后，日本质量管理大师田口玄一研究开发出“田口品质工程方法”，简称田口方法，极大提升了日本产品品质及日本产业界的研发设计能力，成为日本质量管理最重要的工具。

巨霖DFQ工具采用基于RSM假设模型实现DOE实验设计并制表，可以解决正交设计所面临的非线性和优化细节探索能力不足的困境。

仿真

巨霖科技推出的DFQ工具内嵌了Netlist Parallelism仿真插件，基于该仿真插件可视化界面，用户在针对网表及参数变量进行预设后，可以自定义修改运行设置，最终一键式完成导入解析-仿真实验-结果收集的过程。该过程支持LSF集群运算和本地并行仿真，用户可以根据实际环境和需要灵活选择。

模型拟合

在得到完整的实验结果数据以后，下面需要做模型拟合。

巨霖科技的DFQ工具支持基于RSM响应曲面法实现模型拟合。RSM 采用最小方差拟合技术将输出和输入拟合起来得到系统模型的线性方程。一旦确定了模型,就可以用它来预测任意输入组合时系统的输出响应。

响应曲面模型一般形式为：

式中，y为系统响应（输出），βi为模型拟合系数，Xi为系统输入，k为模型中的项数，ε为模型预测误差，响应面模型为拟合系数的线性函数。

总的来说，高速信号用二级模型就足够了，它们有如下形式：

式中，为独立输入变量个数。

二阶模型中的项数k为 ：

为了使用户对拟合过程有更多的灵活控制能力，巨霖科技的DFQ工具支持逐步法拟合，用户可以主动参与参数筛选过程，也可以一键自动化完成拟合过程。

DAE数据分析和洞察

在得到数学解析的可预测模型以后，巨霖科技的DFQ工具可以让用户对数据进行深入分析和洞察（DAE=Data Analysis and Exploration），具体包括：

· “实际值-预测值”图

实际值是实验（仿真）值，预测值是基于拟合模型计算出来的值，同时提供模型拟合质量的量化指标分析结果、方差分析和模型参数估计结果。

· 刻画器

交互式预测刻画器通过更改因子来观察其对预测响应的影响。

意愿刻画器将输出响应映射为0~1区间中的某个值，工具会自动构造意愿函数，基于意愿函数最大化来寻找最优解。

· 蒙特卡洛模拟

蒙特卡洛的核心思想是基于大量产生的随机样本来估计目标统计量，该方法特别适合用于无法通过传统解析方法求解的问题。

巨霖科技的DFQ工具支持输入因子设置为随机（高斯）、固定两种模式，输出响应加噪方式支持正态分布和t分布噪声。支持规格限设置，该规格限用于计算缺陷率。用户可以观察到预测响应的直方图，同时获取响应缺陷率、均值和标准差分析结果。

· 敏感度

敏感度分析的基本原理是通过评估输入变量的变化对输出结果的影响，来确定哪些输入变量最为关键。

巨霖DFQ工具采用全局敏感度分析方法，考虑整个参数空间内的变化，评估输入参数在整个范围内对输出的总体影响。    

案例分析

下面用一个DDR案例说明DFQ主要处理流程和分析结果。

输入参数涉及工艺角、封装、电压和ODT，输出有眼宽、眼高和中心电压。

以下是DDR信号链路拓扑示意图：

首先启动DFQ工具如下图：

然后自动打开Wiazrd界面，按步骤提示完成DOE实验设计并制表。

接下来启动仿真，如下图进行仿真相关设置，设置完毕后点击Submit提交仿真作业通知SIDesigner完成仿真，最后输出output.csv仿真结果数据文件。

接下来通过Table窗口导入output.csv仿真结果数据文件，然后打开拟合窗口选择输入因子和输出响应，点击Run进入逐步法拟合界面窗口完成拟合，如下图：

拟合完成后，在逐步法拟合界面窗口点击Run Model打开Regression Result窗口进行结果数据分析，下面是一些具体分析结果。

以下是“实际值-预测值”图：

以下是预测刻画器和意愿刻画器（部分展示）：

以下是蒙特卡洛模拟得到的直方图：

以下是输出响应的缺限率、均值和标准差：

以下是敏感度分析结果：

S1：一阶敏感度指数，表示因子单独对输出方差的贡献

ST：总效应敏感度指数，表示因子及其与其他因子的交互作用对输出方差的贡献

总结

巨霖科技推出的DFQ工具已经内嵌在SI仿真平台SIDesigner中，它可以让用户更快发现更出色的设计，它能提高实验效率，建立可预测模型、深入分析和洞察数据结果，探索更好的设计方案。